喜訊！華檢新材料科學(xué)合作機構(gòu)：省科學(xué)院健康醫(yī)學(xué)研究所研制出具有骨再生能力、生物可降解碳酸鈣/六方介孔硅/聚乳酸-乙醇酸共聚物微球

時間：2024-12-21作者：華檢檢測技術(shù)服務(wù)（廣州）有限公司瀏覽：462

省科學(xué)院健康醫(yī)學(xué)研究所研制出具有骨再生能力、生物可降解碳酸鈣/六方介孔硅/聚乳酸-乙醇酸共聚物微球支架

發(fā)布時間：2021-04-02

廣東省科學(xué)院健康醫(yī)學(xué)研究所許為康博士研究團隊制備出具有3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔隙率為30-40%的CC/HMS/PLGA微球支架，研究發(fā)現(xiàn)CC/HMS/PLGA燒結(jié)球支架能有效補償PLGA酸性副產(chǎn)物引起的pH降低，與HMS/PLGA支架相比, 對MSCs的增殖有促進作用, ALP活性明顯增強，鈣分泌也明顯增加。2021年1月29日，相關(guān)研究成果以《Biodegradable calcium carbonate/mesoporous silica/poly(lactic-glycolic acid) microspheres scaffolds with osteogenesis ability for bone regeneration》為題，在線發(fā)表在《RSC Advances》雜志上，**作者為省健康醫(yī)學(xué)所智能植介入材料專題組組長許為康**工程師。

由于創(chuàng)傷、感染、**等原因，每年有數(shù)百萬患者遭受骨缺損的折磨，其*部分難以修復(fù)，這對臨床骨科提出了挑戰(zhàn)。目前主要的解決方案是使用自體骨或異體骨進行移植。然而，這些骨植入物的成功應(yīng)用受到局部血腫、血管痙攣等的限制。為了成功地修復(fù)骨缺損，組織工程學(xué)需開發(fā)基于支架、細胞和生長因子的新型骨移植材料。支架在骨修復(fù)和再生中起著重要作用。微球因其優(yōu)異的控制釋放能力而被長期用作藥物輸送載體，而且它的形狀是剛性的，可以單獨或組合形成三維(3D)多孔結(jié)構(gòu)，以其特殊的機械結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)培養(yǎng)細胞的生長。微球支架與傳統(tǒng)塊狀支架相比具有許多優(yōu)點，包括藥物釋放的時空可控性和增強的結(jié)構(gòu)或力學(xué)性能。然而，通常由自上而下法制得的含微球支架，微球只是其中一部分。這對細胞在支架中的滲透和活性保持、臨床管理和藥物輸送提出了挑戰(zhàn)。為了克服自上而下法的缺點，一種基于微球的自下而上法已越來越流行。通過該法制得的微球支架可提供多孔結(jié)構(gòu)和高分辨率的空間組織控制，顯示出巨大骨再生潛力。微球支架主要由可生物降解的生物材料制備，分為注射型支架和燒結(jié)型支架。許多研究已證實燒結(jié)微球支架的生物相容性和組織再生潛力。人工合成聚合物聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）是骨再生支架制備中應(yīng)用較廣泛的一種可生物降解的聚合物，具有良好的加工性能，可制備彈性結(jié)構(gòu)。然而，PLGA降解產(chǎn)生的酸性單體易引起組織炎癥反應(yīng)，這是PLGA基骨再生支架開發(fā)面臨的**問題。

將PLGA與無機生物材料雜交以提高機械強度。硅是一種普遍存在的環(huán)境元素，在結(jié)締組織尤其是骨的代謝中起著重要作用。六方介孔硅(HMS)是一種典型的硅基材料，具有良好的物理性能。在先前研究中，我們選擇了HMS與PLGA雜化，有效地提高了PLGA支架的抗壓強度。碳酸鈣(CC)是**貝殼的重要組成部分，具有良好的生物相容性和可降解性，可延緩PLGA膜的降解，保持良好的pH值。在體內(nèi)，它與新骨形成緊密的界面。研究表明，由CC組成的珊瑚具有與HA相似的成骨特性。盡管HA是一種被廣泛研究的無機骨修復(fù)材料，但合成HA的降解速度太慢，材料基質(zhì)的降解速度可能與組織生長速度不匹配。與HA相比，CC具有較好的生物降解性。然而，HMS/CC/PLGA燒結(jié)微球支架在骨組織工程中的應(yīng)用尚未見報道。

基于此，許為康博士研究團隊制備出具有3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔隙率為30-40%的CC/HMS/PLGA微球支架。結(jié)果表明，CC/HMS/PLGA支架能有效補償PLGA酸性副產(chǎn)物引起的pH降低。復(fù)合CC可以誘導(dǎo)環(huán)境中黏附蛋白的增加，有利于細胞黏附于支架上。采用CCK-8比色法、堿性磷酸酶(ALP)活性、ALP染色、茜素紅染色等方法檢測骨髓間充質(zhì)干細胞(MSCs)的增殖和成骨分化情況。結(jié)果表明，與HMS/PLGA支架相比, CC/HMS/PLGA支架對MSCs的增殖有促進作用, ALP活性明顯增強，鈣分泌也明顯增加。CC/HMS/PLGA燒結(jié)微球支架為骨修復(fù)和再生提供了一種具有較好性能的有吸引力的策略，將為設(shè)計性能較好的骨組織再生支架奠定基礎(chǔ)。

圖一 具有骨再生能力、生物可降解CC/HMS/PLGA微球支架研究流程圖

主要結(jié)果：（1）對于CC/HMS/PLGA組，CC中和了酸的降解，因此整個實驗過程中pH保持在6以上，且其質(zhì)量損失幅度遠**HMS/PLGA組（圖二）；（2）在培養(yǎng)過程中，CC/HMS/PLGA組的ALP活力明顯**HMS/PLGA組(P<0.05)，其鈣沉積水平也**HMS/PLGA組的（圖三）。

圖二 微球支架降解過程中的質(zhì)量損失(A)及PBS溶液中pH值的變化

圖三 MSCs分別在HMS/PLGA(A1和A2)和CC/HMS/PLGA(B1和B2)微球支架上培養(yǎng)10天后的ALP染色圖，及14天后的茜素紅染色圖。


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